阀门在国民经济各个部门中有着广泛的应用。在石油、天然气、煤炭和矿石的开采、提炼加工和管道输送系统中;在化工产品、医药和食品生产系统中;在水电、火电和核电的电力生产系统中;在城市和工业企业的给排水、供热和供气系统中;在农田的排灌系统中;在冶金生产系统中;在船舶、车辆、飞机以及各种运动机械的流体系统中,都大量地使用阀门。此外,在国防生产系统中和航天等新技术领域里也使用着各种性能特殊的阀门。因此,阀门是我国实现四个现代化不可缺少的重要机械产品。这与生产建设、国际建设和人民生活都有着密切的联系。
阀门安装在各种管路系统中用于控制流体的压力、流量和流向。由于流体的压力、流量、温度和物理化学性质的不同,对流体系统的控制要求和使用要求也不同,所以阀门的种类和品种规格非常多。据不完全统计,我国的阀门产品品种已达三千多个型号,近三万个规格。随着新的工艺流程和控制要求的出现,随着现代阀门的技术参数和技术性能的高水平发展需要,随着生产过程日益自动化发展的需要,将会不断提出对阀门新品种的发展需求。
为了实现对流体的控制,阀门一般应具备以下性能:即密封性能、强度性能、调节性能、动作性能和流通性能。对大多数阀门来说,密封问题是首要问题。由于密封性能差或密封寿命短而产生流体的外漏或内漏,会造成环境污染和经济损失;有毒性的流体、腐蚀性流体、放射性流体和易燃易爆流体的泄漏有可能产生重大的经济损失,甚至造成人身伤亡。对于高中压气体阀门和安全阀等,阀门的安全可靠性也是十分重要的。强度不够或动作不可靠(例如高压阀的阀体或重要零件的断裂,安全阀不能准确起跳、止回阀不起逆止作用等),强度不够或动作不可靠会造成本体或系统的破坏而导致人身伤亡。当然,对于调节阀类,除了对密封和强度的基本要求外,其调节性能的优劣具有重要意义。还应指出,阀门不仅是一种控制流体运动的机械产品,而且也是一种耗能的机械产品,安装在管路上的大量阀门是压缩机、鼓风机、泵和蒸汽动力消耗的重要组成部分。因此,阀门的流通性能(流阻系数、流量系数)已越来越引起人们的注意,成为阀门设计者必须重视的问题。
阀门的结构虽然千差万别,但基本上都是由驱动装置(自动阀类无)、运动机构、关闭件(或调节元件)、密封件、紧固件和壳体组成。由于其主要零件与流体直接接触,因此在阀门设计时不仅要考虑机械强度、刚度、制造工艺和磨损等问题,还要考虑流体的物理化学作用和流体动力、热力的作用所产生的问题。阀门设计师不仅需要懂得机械设计学、制造工艺学、自动控制等学科的知识,而且要懂得材料学、腐蚀学、流体动力学、热力学和传热学等学科的知识。由于阀门的品种多,使用数量大,为适应大批量生产和使用维修的方便,各国都制订了许多有关阀门的标准。对常用的阀门不仅制订了技术要求,甚至对许多结构尺寸也制订了标准。因此,了解和熟悉阀门标准,对阀门设计者是非常重要的。在设计各种阀门新产品时,设计者必须综合利用各种知识,贯彻相关的标准,并通过试验研究和试制鉴定,才能最终完成设计。
我国阀门设计工作者多年来一直希望能有一本阀门专业的设计手册,以满足阀门设计工作的迫切需要。为此,中国机械工程学会流体工程学会阀门与管道委员会组织有关专家编写了这本手册。本手册的编写力图面向广大阀门设计工作者,突出实用性,着力于总结我国自己的科研生产经验,也重视对我外先进实用技术的消化吸收。为此,尽量以图表的形式向读者提供阀门设计计算实际需要的公式、数据和程序方法,并汇集了大量的国内外有关阀门设计的最新标准资料,包括基础标准、结构尺寸标准、材料标准、试验方法标准等。它有助于设计者根据不同需要按照不同的标准设计阀门。本书在引用国外标准、数据时,仍保留其原用计量单位。
应当指出,虽然现代化的机械设计已出现了许多新的设计方法,如优化设计、疲劳设计、可靠性设计等,并正在日益广泛地采用计算机辅助设计,但考虑到这些新方法目前只在少数特殊阀门的设计上有所应用,考虑到现在尚无通用的阀门设计计算机软件,因此本手册未收集和编入有关这些方面的资料。读者如有需要,可以在使用本手册的基础上,选用已有的机械零件设计软件和应用计算机的专门知识对特殊阀门进行设计。
我们相信,本手册的出版必将会受到广大阀门设计工作者的欢迎,也一定会对我国阀门设计水平的提高起到积极的推动作用。我们真诚地希望广大阀门设计工作者对本手册存在的缺点和错误提出批评指正,以便在再版时进行修正。
在本手册编写过程中,得到许多单位的领导及同志们的指导和帮助。为本手册提供技术资料和协助出版工作的有上海跃龙化工厂于义根高级工程师;苏州阀门厂陈震华、徐培德、张亚君、夏梦楚、毛振东、华鸿勋、王宝庆高级工程师以及吴辉、陈世德、朱培元、赵培炎、王德卫等工程师;兰州高压阀门厂宁丹枫、王孝孔高级工程师;合肥通用机械研究所林洁工程师;北京阀门总厂陆培文高级工程师;石家庄阀门二厂孙英高级工程师;甘肃工业大学姜一心副教授;上海阀门五厂张开俊高级工程师;合肥通用机械研究所所长王昌庆;苏州阀门厂厂长邵渭敏、总经济师谭祥宝;江苏阀门协会秘书长张野;苏州高中压阀门厂厂长金立勇;扬州阀门厂厂长杨元林;江苏建湖县阀门总厂厂长唐为留;江苏大丰阀门厂厂长龚正林;江苏昆山阀门厂厂长陈德新;江苏建湖高中压阀门厂厂长刘荫昌;江苏南通石油化工阀门厂厂长顾清泉;江苏阜宁县阀门厂厂长孙鑫;江苏建湖管阀件厂厂长潘明光;江苏吴江市第一密封件厂长周政等,在此一并表示中心的感谢。